全球首次！引光入海，燃冰成炬，浙大科技在深海海底點燃十五運“聖火”
10月9日上午，第十五屆全國運動會和全國第十二屆殘疾人運動會暨第九屆特殊奧林匹克運動會火種採集儀式，在廣州市南沙區廣州海洋地質調查局科考碼頭舉行。
和以往不同的是，在十五運會火種採集儀式上亮相的“源火”，來自南海北部海域水深1522米海底的可燃冰。這是體育運動史上首次在深海海底原位獲取運動會“源火”。
由廣州海洋地質調查局聯合浙江大學海洋學院、海洋精準感知技術全國重點實驗室和東海實驗室科研團隊共同攻關，通過“引光入海，燃冰成炬”，在我國南海1500多米海底採集到了綠色“火種”。一個月後，全運聖火將在廣東省奧體中心體育場點燃。
浙江大學“源火”採集裝置科研攻關團隊。（浙江大學海洋學院供圖）
可燃冰在海底點燃，怎麼實現？
可燃冰，學名天然氣水合物，是一種由天然氣和水在高壓低溫條件下形成的類冰狀結晶物質，可直接點燃，燃燒後幾乎不產生任何殘渣，污染比煤、石油、天然氣都要小得多，是一種綠色清潔的高效能源。我國可燃冰資源豐富、潛力巨大，分別在2017年和2020年成功實施了兩輪可燃冰試採，創造了“產氣總量”和“日均產氣量”等一系列世界紀錄。
但要實現可燃冰的海底採集、分解並點燃，並不簡單。
自2024年7月起，廣州海洋地質調查局聯合浙江大學海洋學院、海洋精準感知技術全國重點實驗室和東海實驗室，開展了基於深海機器人—“海馬”號ROV（無人遙控潛水器）的集海底可燃冰氣泡原位保壓採集與海底引燃系統的技術原理論證和關鍵技術單元的研製。
接到此次科研任務後，浙江大學海洋學院、海洋精準感知技術全國重點實驗室與東海實驗室共同成立了源火採集裝置科研攻關團隊。
“可燃冰採集上來後，需要處理才能點燃。而要在1500米的深海底環境下進行點燃，需要很多條件支撐。但燃燒三要素是我們的自信底氣，一定能完成這件光榮而艱鉅的任務”。東海實驗室副主任陳家旺介紹。這一過程首先需要採集可燃冰，對它進行降壓分解，並對分解氣體做淨化和乾燥處理。之後，把船上太陽能轉換成電能，通過光電覆合纜引至到“源火”引燃艙內。“裝置裏的電阻絲髮熱發紅後，觸發甲烷氣體燃點，從而獲得火種，這就是‘引光入海、燃冰成炬’。”
團隊人員隨“海馬”號下水作業。（浙江大學海洋學院供圖）
攻關團隊經過不斷迭代優化、測試改進，成功開發出了可燃冰氣泡保壓採集艙、雙組氣體流量微調控閥組、無霧透明玻璃制燃燒艙、高靈敏甲烷氣濃度檢測單元、快速低功耗電阻超高溫加熱單元、系統控制艙組件、液壓管路以及快速響應的上下位機操控等關鍵核心技術組件單元與軟件。
“我們對該創新研製的‘源火’採集裝置原理樣機進行大量的實驗室、壓力艙測試，突破了海底可燃冰氣泡保壓收集、氣體燃料/助燃劑流量動態精準控制、燃燒環境維持及廢氣排出等關鍵技術。”浙江大學海洋學院博士後、深海“源火”採集裝置研發組副組長葛勇強說。
深海躍動的火苗，是我國海洋科技實力的象徵
深海1500多米，水壓約15兆帕，壓力相當於兩個成年人的體重集中在一個指甲蓋上。同時，甲烷是易燃易爆的氣體，在如此環境下，任務難度可想而知。
任務完成的關鍵，是“海馬”號與採集裝置的相互配合。在研發組的不斷攻關下，採集裝置的陸上原理樣機於去年11月成功進行了水池試驗，具備了水下遠程點火能力；第一代海試樣機於去年12月成功研發，具備深海採火能力。在完成高壓模擬實驗後，團隊又對多路氣體流量及壓力調控系統、上下位機遠程控制系統等模塊進行了優化升級，研製出了第二代樣機，並在隨後完成了船上聯合調試與深海試驗測試。
2015年，“海馬”號首次在瓊東南盆地西部海域，發現了海底巨型活動性冷泉，這個冷泉也被命名爲“海馬冷泉”。今年9月18日，“源火”採集團隊搭乘“海洋地質二號”科考船到達海馬冷泉區開展“源火”採集作業。經過科研人員的緊張調試，“海馬”號攜帶各種傳感器、原位測量裝置、攝像機、採集工具等下沉到1500米水深海底。
在科考船甲板面，工作人員從搭載在“海馬”號深海遙控潛水器上的採火裝置裏取火（9月18日攝）。新華社記者 盧漢欣 攝
採集裝置的引燃室中，有三根聚在一起的柱子，分別是甲烷噴嘴、氧氣噴嘴和引燃棒，用來實現燃燒三要素中的可燃物、助燃物、引火源。隨着各項指標達到採火條件，“採火！”，操作人員按下按鈕。甲板上太陽能光伏裝置產生的電能經電纜傳送至海底引燃棒開始加熱。溫度逐漸升高，引燃棒的尖端出現紅點，隨後噴口跳出躍動的火苗。深海“源火”順利引燃，全球首次在深海海底原位獲取運動會“源火”，完成了！
“可燃冰原位保壓採集與海底引燃的實現，這也是我國海洋科技實力的象徵，我們的創新科研想法也藉助十五運會及殘特奧會這一重大賽事得以實現。”陳家旺說，下一步，團隊將針對海底直接利用可燃冰綠色利用等進行攻關，解決海底科考活動能量自給的問題。“海底有很多未知的寶藏、未知的物種，有待我們去發現。”
團隊成員從深海“源火”處引火。（浙江大學海洋學院供圖）
